车身NVH设计指南,降噪减振技巧,200页专业解析

我们在日常用车时,常常会有这样的感受:有些车开起来非常安静平稳,感觉整个世界都与自己隔绝开来,能清晰地听到音乐的每一个细节;而另一些车,速度稍微快一点,风声、路噪声、发动机的嗡嗡声就混杂在一起,让人心烦意乱,感觉车身松松垮垮,缺乏高级感。

这种天差地别的驾乘体验,背后其实是由一门非常深奥且关键的汽车技术决定的,它就是车身NVH设计。

NVH是三个英文单词的缩写,分别是噪声(Noise)、振动(Vibration)和声振粗糙度(Harshness)。

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噪声和振动很好理解,就是我们耳朵听到的各种声音和身体感受到的各种抖动。

而“声振粗糙度”则是一个更为主观和复杂的概念,它描述的是噪声和振动的“质感”。

比如,同样是振动,有些是平稳而有规律的,而有些则是突兀、刺耳、不连贯的,后者就会给人带来烦躁和廉价的感觉。

这种感觉很难用一个具体的数值去衡量,更多地依赖于工程师的经验和大量用户的真实反馈,它直接决定了一辆车给人的高级感和舒适度。

很多人可能以为,让一辆车变安静,不就是在车里多塞点隔音棉吗?

其实这是一种极大的误解。

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真正的NVH工程是一项贯穿于汽车设计、研发、制造全过程的系统性工作,尤其是在车辆开发的最初期,就要把NVH性能作为核心目标之一。

如果在车辆设计定型、模具都开发完毕后才发现有难以解决的噪音或振动问题,再去进行修改,那将付出极其高昂的代价,甚至可能无法根本解决。

这门技术不仅仅是为了让驾乘者感觉更舒服,它还与车辆的经济性和环保性息息相关。

有研究表明,一辆汽车的整备质量如果能减少100公斤,其百公里油耗就能相应地降低0.3到0.6升。

对于越来越普及的新能源汽车而言,减重10%甚至可以带来5%到8%的续航里程提升。

而车内大约45%的噪音,其根源都来自于车身结构的振动以及密封性能的不足。

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因此,优秀的NVH设计,本质上是在轻量化、制造成本、安全性能和驾乘舒适性之间寻找一个最佳的平衡点,这是一场对工程师智慧和经验的终极考验。

要打造一个静谧的车内空间,首先要从汽车的“骨骼”——白车身抓起。

一辆车的NVH性能好不好,基础就在于这副骨架是否足够“硬朗”。

工程师们最看重两个核心指标:弯曲刚度和扭转刚度。

我们可以做一个简单的想象,把车身看作一个长方形的空盒子,弯曲刚度就好比我们从中间往下压它时,它抵抗弯折的能力;而扭转刚度则好比我们抓住盒子的两头,像拧毛巾一样反向施力时,它抵抗扭曲变形的能力。

这两个刚度值越高,说明车身越扎实,在行驶中遇到颠簸路面或者快速过弯时,车身的整体形变就越小,也就从根源上减少了因车身扭曲而产生的吱嘎异响和低频共鸣。

例如,现在非常流行的全景天窗,虽然带来了开阔的视野,但它相当于在车顶这个关键的结构面上开了一个大口子,会导致整车的扭转刚度下降约11%之多。

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为了弥补这个损失,工程师就必须通过加强C柱、D柱等关键立柱的结构,或者在地板通道区域增加高强度钢梁等方式,把失去的刚度“找”回来。

仅仅有了一副硬骨架还不够,还必须学会“躲避”共振。

世界上任何物体都有其固有的振动频率,车身也不例外。

当外界的激励频率,比如发动机怠速的抖动频率、特定速度下路面传来的振动频率,恰好与车身的某个固有频率相同时,就会发生共振现象。

此时,一个微小的振动源也会被急剧放大,导致车内产生强烈的嗡嗡声,让人难以忍受。

因此,工程师在设计阶段,就要通过计算机仿真,精确计算出车身的各个模态频率,并有意识地调整结构,使其避开像发动机、悬架等主要激励源的常见频率范围。

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比如,一般城市道路的典型激励频率在30到45赫兹之间,那么工程师就必须确保车身的一阶弯曲模态频率要显著高于或低于这个区间,从而避免产生令人不适的共振。

当车身的整体框架足够坚固且巧妙地避开了共振区之后,下一步就是为它穿上“隔音战袍”,也就是进行全面的声学包装和密封处理。

密封是隔绝噪音的第一道,也是最重要的一道防线。

一辆车的安静程度,往往取决于它密封最差的那个地方。

工程师们会像侦探一样,在前围板、车门、地板等区域寻找任何可能的泄漏点。

特别是前围板,上面布满了方向盘管柱、踏板、各种线束通过的孔洞,是发动机舱噪音传入驾驶舱的主要通道。

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在高端车型上,这些孔洞通常会采用橡胶密封套加涂装密封胶的“双重封印”方式,以确保万无一失。

数据显示,当整车的气密性泄漏量每下降10%,车内的噪音水平就可以降低3到5分贝,这是一个普通人耳朵都能明显感知到的巨大提升。

除了静态的孔洞,还有动态的密封问题,最典型的就是车门。

在高速行驶时,车外的强大气流会对车门产生一个向外的吸力,如果车门密封条的设计或材质不过关,就容易被吸开一道缝隙,导致风噪“呼呼”地灌入车内。

因此,很多注重NVH的车型会采用双道甚至三道密封条设计,通过更复杂的结构和更优良的材料,确保在任何工况下都能紧密贴合。

在密封做好的基础上,就需要各种专业的声学材料来进一步吸收和隔绝噪音。

这就像给车身穿上多层功能的衣服。

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第一层是“隔声”,遵循物理学上的“质量定律”,即材料的面密度越大(单位面积越重),隔音效果越好。

比如在前围板这些关键部位使用双层钢板中间夹着阻尼层的复合材料,其隔音效果远超同样厚度的单层钢板。

第二层是“吸声”,主要依靠各种多孔疏松的材料,如PET棉、发泡海绵等。

这些材料内部有无数微小的孔隙,当声波传入其中,会在孔隙内来回反射、摩擦,最终将声能转化为热能消耗掉,从而达到吸音的效果。

材料的厚度直接决定了其吸音能力,通常20毫米厚的吸音棉在中高频段就能发挥出色的作用。

第三层是“阻尼”,这是一种更巧妙的技术。

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它主要用来抑制钢板本身的振动。

在车门、顶盖、地板等大面积的薄钢板上,粘贴上一层特殊的阻尼材料片,当钢板因为振动而发生弯曲时,这层阻尼片会通过自身的拉伸和压缩,将振动能量转化为微量的热能,从而让钢板迅速“冷静”下来,避免其像鼓面一样发出嗡嗡的低频轰鸣声。

随着汽车技术的发展,尤其是电动汽车的普及,NVH工程也面临着新的挑战和机遇。

没有了发动机的轰鸣,电动机在高转速下产生的尖锐啸叫声、电流声以及更突出的风噪和胎噪,对车辆的静谧性提出了更高的要求。

为此,更先进的技术应运而生。

比如主动降噪(ANC)技术,它通过车内的麦克风拾取噪音,然后由车载音响系统发出一个与噪音相位相反的声波,从而在人耳处将噪音抵消掉,对于消除发动机或电机的特定频率噪音非常有效。

更值得我们骄傲的是,以比亚迪的“云辇”智能车身控制系统为代表的中国技术,正在引领NVH进入一个全新的智能化时代。

它不再是被动地去隔绝和吸收振动,而是通过遍布车身的传感器实时感知路面信息,并结合强大的算法,主动地、提前地去调整悬架的阻尼和刚度,将颠簸化解于无形。

这已经从传统的“被动防御”升级为了“主动消除”,代表着未来汽车NVH技术的发展方向,即深度融合人工智能预测和主动控制,最终实现从一个安静的移动空间,到一个能够与环境智能交互、为驾乘者提供极致舒适体验的“自适应”座舱的转变。

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